DE2702666C3

DE2702666C3 - Schaltungsanordnung zur Überwachung der Phasenströme in Mehrphasennetzen

Info

Publication number: DE2702666C3
Application number: DE2702666A
Authority: DE
Inventors: Reinhart 5630 Remscheid Koenig; Hubert 5628 Heiligenhaus Roellecke
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1977-01-24
Filing date: 1977-01-24
Publication date: 1980-01-03
Also published as: SE433895B; SE7800495L; DE2702666A1; DE2702666B2; CH634414A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Phasenströme in Mehrphasennetzen mit Eingangsstromwandlern und nachgeschalteten Shunts zur Ableitung stromproportionaler Spannungen, bei der die stromproportionalen Spannungen ersten Eingängen von Differenzverstärkern zugeführt sind und bei der die zweiten Eingänge der Differenzverstärker an ein gemeinsames Bezugspotential gelegt sind.

Zur Ableitung eines Eingangssignals für abhängige elektronische Überstromzeitrelais ist in der DE-AS 45 605 eine Schaltungsanordnung der obengenannten Art beschrieben, bei welcher die an den Shunts entstehenden stromproportiönäien Spännungen einer gemeinsamen Gleichrichterschaltung zugeführt werden. Das Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung gelangt zu einem Spannung/Frequenz-Umsetzer und anschließend zu einer Quadrierstufe, deren Ausgangsimpulse über eine Zähleinrichtung bei einer ausreichend hohen Impulsfrequenz zur Anregungeines Hilfsrelais führen.

Elektronische Überstromrelais nehmen im allgemeinen eine Auswertung der Scheitelwerte der zu überwachenden Phasenströme vor. Für die Erwärmung eines Schützlings ist jedoch der Effektivwert des Stromes ausschlaggebend. Das Verhältnis zwischen Effektivwert und Spitzenwert ist bei sinusförmigen Stromverlauf bekannt und bleibt konstant, so daß eine Berücksichtigung des Umrechnungsfaktors mit einfachen Mitteln erfolgen kann.

Wenn die Stromversorgung eines Schützlings allerdings aus einer Gleichrichteranlage erfolgt, weicht die Stromkurve stark von der Sinusform ab, so daß aufgrund des sich in Abhängigkeit des Ansteuarwinkels „·_ B. einer Thyristorgleichrichteranlage ändernden Formfaktors erhebliche prinzipbedingte Meßfehler auftreten. Bei der Speisung von Schützlingen mit Hilfe von Thyristoranlagen muß daher der Effektivwert der Phasenströme meßtechnisch erfaßt werden.

Dies kann dadurch geschehen, daß in jede Phase ein Effektivwert-Meßsystem eingeschaltet wird. Da derartige Effektivwert-Meßsysteme bei der Verwendung in Schutzeinrichtungen über möglichst geringe Fehlergrenzen verfügen müssen, verursacht die genannte Lösung sehr hohe Kosten.

Ferner sind aus der DE-AS 22 52 689 und der US-PS 38 38 314 Schutzsch-iltungsanordnungen der eingangs genannten Art bekannt, die jedoch auch nicht die prinzipbedingten Meßfehler bei Formfaktoränderungen berücksichtigen.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der bekannte elektronische Überstromzeitrelais auch bei thyristorgespeisten Schützlingen einsetzbar sind und die zugleich durch eine Einsparung von Effektivwert-Meßsystemen eine kostengünstige Lösung darstellt.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die zweiten Eingänge der Differenzverstärker über Widerstände an einen Kondensator mit einer großen Entladezeitkonstante angeschlossen sind, daß der Kondensator mit den Ausgängen der Differenzverstärker verbunden ist, daß in dem Kondensator jeweils der Scheitelwert der größten Eingangsspannung speicher-

■»> bar ist und daß die Ausgänge der Differenzverstärker an eine Schaltvorrichtung mit einem gemeinsamen Ausgang angeschlossen ist, der mit einem Effektivwert-Meßsystem verbunden ist.
Ein Ausführungsbeispiel ist im folgenden anhand von

Vi Fig. I und 2 der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. I ein Schaltbild und

F i g. 2 eine Zusatzeinrichtung zur Erhöhung der Betriebssicherheit.
Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen

5^r> Bezugszeichen versehen.

In Fig. I ist mit R. S, T ein Dreiphasennetz bezeichnet, aus dem mit Hilfe von nicht dargestellten Stromwandlern und Shunts den Phasenströmen proportionale Spannungen Ur, us, ut abgeleitet werden. Die Schaltungsanordnung enthält ferner Differenzverstärker 1, 2,3, Widerstände 4 bis 19, Dioden 20, 21, 22 und Thyristoren 23, 24, 25. Mit 26, 27, 28 sind Kondensatoren bezeichnet, während drei Feldeffekttransistoren die Bezugszeichen 30,31,32 tragen.

Die aufgeführten Bauelemente sind wie folgt zusammerigeschaltet: Den nichlinvertierenden Eingängen der Differenzverstärker 1, 2, 3 sind die stromproportionäien Spannungen Un, Us, Ur zugeführt, Die

Ausgänge der Differenzverstärker 1,2,3 beaufschlagen über die Dioden 20,21,22 den Kondensator 29, dem der Entladewiderstand 19 parallel geschaltet ist. Der Kondensator 29 steht ferner über die Widerstände 10, 11,12 mit den invertierenden Eingängen der Differenzverstärker 1,2,3 in Verbindung.

Die Ausgänge der Differenzverstärker 1, 2, 3 sind über Widerstände 7, 8,9 mil den Steueranschlüssen der Thyristoren 23 24, 25 verbunden, ihrerseits ihrereseits über die Widerstände 13, 14, 15 an einer Gleichspannung Ub angeschlossen sind. Den Thyristoren 23, 24, 25 sind in bekannter Waise zur Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Kommutierung die Löschkondensatoren 26, 27, 28 zugtschaltet. Die Anode jedes Thyristors 23, 24, 25 ist über je einen Widerstand 4,5,6 an den invertierenden Eingang der Differenzverstärker 1, 2, 3 gelegt und hat über Widerstände 16, 17, 18 gleichzeitig Verbindung mit dem Steueranschluß der Feldeffekttransistoren 30,31,32.

Die beschriebene Schaltungsanordnung zeichnet sich durch folgende Wirkungsweise aus: Die Differenzverstärker 1, 2, 3 arbeiten mit den Dioden 20, Ti, 22, den Gegenkopplungswiderständen 10, 11, 12 und dem Kondensator 29 als Spitzenwertgleichrichter. Die dabei am Kondensator 29 entstehende Spannung entspricht jeweils dem Scheitelwert der größten stromproportionalen Eingangsspannung Ur, us oder ut- Der am Kondensator 29 angeschlossene Entladewiderstand 19 bewirkt innerhalb einer Periode eine Abnahme der Kondensatorspannung um wenige Prozent, so daß derjenige Differenzverstärker 1, 2 oder 3, dem die größte stromproportionale Eingangsspannung ur, us, u_t zugeführt wird, jeweils im Maximum der positiven Stromhalbwelle einen kurzen Ladeimpuls an den Kondensator 29 abgibt.

Jeder Ausgangsimpuls eines der Differenzverstärker 1,2,3 wird darüber hinaus an einem Steueranschluß der Thyristoren 23, 24, 25 v/irksam. Ist beispielsweise die Eingangsspannung Ur am größten, so wird der Thyristor 23 durchst uern. An seiner Anode liegt dann bei Vernachlässigung des Durchlaßwiderstandes die negative Betriebsspannung — Un, die über den Widerstand 4 am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 1 geringfügig wirksam wird. Der Differenzverstärker 1 weist aufgrund dieser Beschallung ein Triggerverhalten auf.

Die Beschallung der Differenzverstärker 1, 2, 3 ruft ferner ein Rückfallverhältnis hervor, das geringfügig unter »1« liegt, so daß ein einmal durchgeschalteter Thyristor 23, 24 oder 2J seinen Schaltzustand solange beibehält, bis am nichtinvertierenden Eingang des zugehörigen Differenzverstärkers 1, 2 oder 3 die stromproportionale Eingangsspannung ur, us, Uj gegenüber den anderen Eingangsspannungen um einige Prozent ansteigt. Ein zu häufiges Umschalten der Thyristoren 23, 24, 25 wird damit verhindert. Durch die Kondensatoren 26, 27, 28 ist gewährleistet, daß beim Durchschalten eines Thyristors die anderen gelöscht werden.
Von den Anodenspannungen der Thyristoren 23, 24,

25 werden über die hochohmigen Widerstände 16,17,18 die Feldeffekttransistoren 30,31,32 angesteuert, die nun die jeweils größte Eingangsspannung Ur, Us, ut als Ausgangsspannung ua durchschalten. Die Ausgangsspannung im läßt sich nun einem Effektivwert-Meßsystem zuführen, das als Eingangssignalgeber für an sich bekannte Überstromzeitrelais dient.

Der entscheidende Vorteil der beschriebenen Schaltungsanordnung liegt also darin, daß in mehrphasigen Netzen nur ein Effektivwert-Meßsystem erforderlich ist, da zur Messung die Phase mit dem größten Strom ausgewählt wird.

Fig.2 zeigt eine Zusatzeinrichtung, die dann zur Wirkung kommt, wenn trotz der Kondensatoren 26,27, 28 mehr als ein Thyristor durchschaltet: unter Umständen könnte dieser Fall bei"¹ Zuschalten der Betriebsspannung Ua eintreten. L)-^j'" Schaltungsteil besteht aus weiteren Widerständen 33 bis 36, einem weiteren Differenzverstärker 37 und einem Transistor 38

ij Der Widerstand 33 liegt zwischen dem gemeinsamen Kathoüenpunkt der Thyristoren 23, 24, 25 und dem negativen Pol der Betriebsspannung Ub- Der am Widerstand 33 entstehende Spannungsabfall bildet ein Eingangssignal für den Differenzverstärker 37, dessen

in zweiter Eingang mit Hilfe des Spannungsteilers 34, 35 und der Betriebsspannung Ub an eine Referenzspannung gelegt ist. Beim ordnungsgemäßen Betrieb der Schaltungsanordnung ist stets nur einer der Thyristoren 23, 24, 25 durchgeschaltet, und der dem Thyristorstrom

r> proportionale Spannungsabfall am Widerstand 33 wird einen bestimmten Betrag nicht überschreiten. Die Spannung am Widerstand 33 nimmt jedoch sprunghaft zu. sobald ein zweiter Thyristor durchgeschaltet wird. Bei einem derartigen Fehler wird die Spannung am Widerstand 33 größer als die Referenzspannung. Das Ai'sgangssignal des Differenzverstärkers 37 versetzt daraufhin über den Widerstand 36 den Transistor 38 in den Sperrzustand. Die Thyristoren 23, 24, 25 sind nun von der Betriebsspannung Ua getrennt und gehen daher

4-, auf jeden Fall in den Sperrzustand über, first der nächste Impuls an einem der Differenzverstärker 1, 2, 3 wird wiederum einen der Thyristoren 23,24,25 einschalten.

Der Ausfall der Meßwertübertragungszeit beim Eingriff der in F ι g. 2 dargestellten Zusatzeinrichtung

-,ο beträgt bei 50-Hz-Netzen weniger als 20 ms. die im Verhältnis zu den langen Auslösezeiten vernachlässigt werden können.

Obwohl die Vorteile der beschriebenen Schaltungsanordnung insbesondere in thyristorgesteuerten Mehr-

-,-> phasennetzen zur Geltung kommen, arbeitet sie auch bei sinusförmigen Netzströmen einwandfrei.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung der Phasenströme in Mehrphasennetzen mit Eingangsslromwandlern und nachgeschalteten Shunts zur Ableitung stromproportionaler Spannungen, bei der die stromproportionalen Spannungen ersten Eingängen von Differenzverstärkern zugeführt sind und bei der die zweiten Eingänge der Differenzverstärker an ein gemeinsames Bezugspotential gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Eingänge der Differenzverstärker (1, 2, 3) über Widerstände (tO, 11, 12) an einen Kondensator (29) mit einer großen Entladekonstante angeschlossen sind, daß der Kondensator (29) mit den Ausgängen der Differenzverstärker verbunden ist, daß in dem Kondensator (29) jeweils der Scheitelwert der größten Eingangsspannung (ur, us, u_t) speicherbar ist und daß die Ausgänge der Differenzverstärker (1, 2, 3) an eine Schaltvorrichtung mit einem gemeinsamen Ausgang angeschlossen ist, der mit einem Effektivwert-Meßsystem verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Differenzverstärker (1, 2, 3) Steueranschlüssen von den Eingang der Schaltvorrichtung bildenden Thyristoren (23,24, 25) zugeführt sind, die ihrerseits über Widerstände (13, 14, 15) an eine Betriebsspannung (U_B) angeschlossen bind und durch die im durchgeschalteten Zustand ein Mitkopplungssignal an die Differenzverstärk τ (1,2,3) abgebbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Thyristoren (23,24,25) den gemeinsamen Ausgang der Schaltvorrichtung bildende Feldeffekttransistoren {.>0, 31, 32) nachgeschaltet sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Betriebsspannung (Ub) und den Thyristoren (23, 24, 25) ein Transistor (38) angeordnet ist, der beim Überschreiten eines vorbestimmten Thyristorstromes sperrt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Thyristorstrom proportionaler Spannungsabfall und eine Referenzspannung an einen Differenzverstärker (37) gelegt sind, der den Schaltzustand des Transistors (38) steuert.